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摘要：自备应急柴油发电机的选择与运用
关键字：供电范围、选型、接线形式
随着社会的进步，人们生活水平的不断提高和建筑技术水平的飞速发展，现代建筑电气工程项目也随着人们对建筑物功能性的实际需求不断增加而发展创新，其中对自备应急柴油发电机的运用已越来越广泛，这是因为柴油发电机能够在市电中断时迅速自启动，以提供应急电源保证消防设备等重要负载的正常运行，并且柴油发电机还具有热效率高、起动迅速、结构紧凑、燃料存储方便、占地面积小、施工相对简单、维护操作便捷等特点。我所参建的3M中国漕河泾工厂三期厂房项目和上海半岛酒店服务公寓项目中都实际应用到了自备应急柴油发电机。本文将通过我在工程经历中的一些经验、心得和体会，对自备应急柴油发电机的设置、选型及配电系统的接线等一系列的问题进行浅显的论述，如有谬误还望指正。
一、柴油发电机设置原则及主要的供电范围
1、柴油发电机设置原则
（1）为保证一级负荷中特别重要的负荷用电。对于这种情况，供电电网虽然已提供二个独立电源，但应考虑当系统一路电源检修或故障时，另一路电源又发生故障的严重情况，此时应设置自备应急柴油发电机。
（2）对于一级负荷当地供电电网只能提供一路电源，或取得第二电源有困难或不经济合理时，应设置自备应急柴油发电机。此时自备应急柴油发电机不仅仅是作为应急电源使用，也是作为备用电源使用。
（3）对于大、中型商业性大厦及厂房，应考虑当市电中断供电将会造成经济效益有较大损失时，应设置自备应急柴油发电机。3M中国漕河泾工厂三期厂房项目按照此标准设置自备应急柴油发电机。
（4）按照我国旅游饭店星级标准，四星级和五星级宾馆应设置自备应急柴油发电机。上海半岛酒店服务公寓项目按照此规范设置自备应急柴油发电机。
2、柴油发电机主要的供电范围
（1）消防设施用电：消防泵、喷淋泵、正压风机、排烟风机、消防电梯、电动防火卷帘门、应急照明、疏散指示照明、火灾自动报警等。
（2）各类大、中型计算机、安保、通讯等系统设施。
（3）在条件允许时可考虑部分给、排水泵、电梯、冷藏设备、生产工艺设备等。
二、柴油发电机的选型
1、柴油发电机的容量选择
（1）应急电源一般只设一台机组，其容量按应急负荷大小和起动大的电动机容量等因素综合考虑。
（2）在方案设计阶段时，可按变压器容量的10～20%或按建筑面积15～20W/m2选择柴油发电机容量两者取其容量最大的进行计算。
（3）在施工图设计阶段时，应根据各专业提供的条件计算消防泵、喷淋泵、正压风机、排烟机、消防电梯、电动防火卷帘门、应急照明、疏散指示照明、火灾自动报警等设备用电量。对重要建筑，机组还作备用电源，此时还需计算部分给、排水泵、污水处理设备、备用照明、电梯、冷藏、生产工艺设备等用电量。计算公式：S=αP∑/ηcosφ
P∑----总负荷（KW）
η----总负荷的计算效率
α----负荷率
cosφ----发电机额定功率因素，取0.8
（4）当应急负载中有较大的电动机设备时，电动机起动时柴油机能否跟上而不致熄火，这就需要按最大的单台电动机或成组电动机启动的需要校验发电机组的容量，校验的方法是根据计算所选机组容量减去除最大容量电动机以外所带负载容量，剩下的容量应符合下式：PG≥KP
PG-----机组剩下的功率
K-----机组剩下的容量为被最大容量电动机启动的最小倍数
（应考虑发电机母线允许电压降20%及电动机启动方式）
P-----最大容量电动机的额定功率
根据上述校验公式，当应急负载中有较大的电动机设备时，为保证发电机母线电压降不大于20%，同时为控制发电机容量，因此对于大容量电动机应采用降压启动方式。
（5）柴油发电机的额定功率是指柴油机在正常工况下以额定方式连续运行十二小时的功率（包括超负荷10%运行一小时），当柴油发电机在系统中不仅仅是作为应急电源使用，也是作为备用电源使用时，如果机组连续运行时间超过十二小时，则应按90%额定功率使用，有条件者可扩大机组的容量，使柴油发电机常载功率满足备用电源容量的要求。
3、柴油发电机的性能要求：
（1）启动方式：柴油机在启动时，必须依靠外力驱动曲轴旋转，当达到一定转速时，汽缸内的空气被压缩到一定的压力和温度，使喷进汽缸的燃油开始燃烧，柴油机才开始正常地运转起来。柴油机的启动方式分为三种：手动启动，电动启动，压缩空气启动。在重要建筑中应尽量采用电动启动方式并装设快速自启动装置，正常时机组始终处于启动准备状态，当市电中断时机组应立即启动并在15s内能投入正常带负荷运行。对于非重要建筑有条件时也宜采用带自启动装置的机组，有困难时可采用手动启动。当采用电动启动方式时，柴油机启动的电源为蓄电池，电压一般为24V，容量应按柴油机连续启动不少于6次确定。蓄电池应在柴油机的就近设置，正常时处于浮充电状态以保证蓄电池有足够的能量以适应应急启动的需要。
（2）转速：柴油发电机的转速可分为高、中、低三类，高转速≥1000转/分，中转速在300～1000转/分，低转速≤300转/分。在高层建筑中应选用转速1000～1500转/分的高速机组，因为这种机组具有体积小，重量轻，运行可靠的优点。
（3）冷却方式：柴油机在运行中由于柴油的燃烧产生高温，为保证柴油机受热部件不受高温的影响，并保证各工作面的潤滑，因此就要在受热部分进行冷却，通过冷却系统从各受热部件带走热量使机组保持正常的工作温度。柴油机的冷却方式有水冷和风冷两种，水冷机组又分为封闭式自循环冷却及开式循环冷却机组。上海半岛酒店服务公寓项目作为高层建筑，因此优先考虑优先选用封闭式自循环冷却机组，因为这种机组体积小，所占面积空间较小。 （4）励磁系统：励磁系统是发电机的主要组成部分，励磁系统调节的主要任务是维持电压于一定的水平，增加输送功率和输送距离，提高系统的动态稳定性等。励磁系统有多种，高层建筑中一般选用无刷型自动励磁装置，采用这种励磁方式的发电机特点是：当与自动电压调整装置配套使用时，其静态电压调整率可保证在±2.5%以内，这种机组能适应各种运行方式，易于实现机组自动化或对发电机组的遥控。
（5）柴油发电机的继保及自动化：柴油发电机应设置自身的配电主开关，该主开关在柴油发电机起动电压、频率参数等正常后能自动合闸，而且应具有过电压、低电压、短路保护，过负荷保护，接地故障保护功能。同时柴油发电机组应能提供机组运行、故障信号，主开关分合闸、故障信号及各类运行参数：电流、电压、频率、功率、功率因数等给予BAS系统和消防系统。在工程中市电失电信号和消防中心指令信号应都能自动启动柴油发电机组，这时需确定机组所接受的信号是有源信号还是无源触点。若是有源信号，则对市电失电可以从变压器0.4KV侧获取，对消防中心指令信号需经过转换提供相同等级的电源信号。若是无源触点，市电失电可以从变压器0.4KV侧总开关辅助接点获取。
三、柴油发电机与正常电源配电系统的接线形式
对于柴油发电机与正常电源配电系统的接线形式，根据本人参与的工程实例基本有以下几种接线类型供参考讨论。
1、一路电源变压器时柴油发电机接线（发电机侧无电源自动转换开关ATS）
这种情况如图1所示：
市电一旦丢失，由0.4KV母排提供有源信号，使发电机自动启动，待电压频率正常后，发电机开关自动合上，对重要负载提供应急电源。该方案发电机侧无电源自动转换开关（ATS），在重要负载配电箱处有双电源自动转换装置，结线和操作都较为简便，市电恢复后只需合上市电电源总开关，发电机主开关分闸，机组空载延时一个时间后，机组停止，由市电供电。此方案不足之处是应急电源仅对重要负载（一级负荷）供电，对次重要负载（二级负荷）就得不到应急电源供给，发电机容量未得到充分发挥，尤其是消防设施未使用时更为突出。其次应急电源线路平时处于冷备用状态，对可靠性也有影响。
2、一路电源变压器时柴油发电机接线（发电机侧有电源自动转换开关ATS）
该接线情况如图2所示：
在发电机侧装有电源自动转换开关ATS，平时所有负载由市电供给，一旦市电丢失，由ATS市电侧中间继电器提供无源闭合接点，使发电机自动启动，待电压频率正常后合上1P开关，此时ATS发电机侧有电，ATS即进行电源切换，对重要负载和次重要负载提供应急电源。若遇火灾，发电机容量不够，可切除一些次重要负载，这样发电机容量可充分发挥。市电源恢复后，ATS转换到市电侧，由中间继电器提供无源常开接点使发电机停止（由发电机自身调节机构延时一个时间后停止）。
此方案由于使用了ATS，若发电机配有自动合闸开关，P1开关常合可实现自动化，在失电和复电过程中无需进行开关操作，而且此方案对重用负载的应急电源配电线路平时处于热备用状态，因而提高了供电的可靠性。
3、根据每座建筑和每组重要设备接线，如图3所示：
该接线方案发电机主开关同应急电源总进线开关联动，柴油发电机启动参数正常后，主开关自动合上，联动总进线开关自动合上，机组解例后相应开关自动跳闸。该接线方案在发电机侧无电源自动转换开关ATS，在每幢建筑物处或每组重要设备处均装有电源转换开关，任何一幢建筑物一旦丢失市电，由电源转换开关发出指令使柴油机自动起动。该方案接线和操作均较简单，适用于眾多建筑物群。不足之处是任何一幢建筑物失市电都能起动柴油机。若负载不大，柴油发电机处于低负载下运行，这对柴油机很不利，机组要求负载运行在30%额定负载以上，如低于30%，机组燃料在气缸内燃烧就不充分，产生炭粒损害气缸。为改善这种状况，可采用一大一小二台柴油发电机，负载小时，可使用一台小容量机组。或者在只有一台柴油发电机情况下，自动启动，机组的信号取自变压器0.4KV总电源侧，确实做到无市电时才启动发电机组，而不是一幢建筑无市电就启动发电机组。这个方案还有一个不足之处就是应急线路长期处于冷备用状态，对可靠性是不利的。
4、一个变电所二台变压器的接线
接线方式详见图4：
上海半岛酒店服务公寓项目在地下一层设置有10KV变电所，并配备有2台1250KVA的环氧树脂浇注低噪声干式变压器，通过查阅了相关的资料并结合现场情况，我们正是采用此种接线方案。该方案充分发挥了二台市电变压器的作用，二台变压器0.4KV侧采用单母线分段联络的接线方式，平时各类负载由各自变压器供电，当一路市电失电时，母线分段联络开关合闸，由一路市电同时供应二段母线，若二路市电同时失电时，发电机组获得信号自动启动，在频率和电压正常后，1P开关自动合上，使ATS开关转换，由发电机供电。该方案避免柴油发电机在低负载下运行。由于配电线路平时是带负荷运行，如有故障可及时维修，经常处于完好状态，因而提高了供电可靠性。运用这个方案时必需注意变压器0.4KV侧Ι段和Π段的负载接线，Π段母线接集中负载总开关2P，而Ι段母线接各个负载开关，或反过来也可以，切莫把使用应急电源的各个负载通过各个开关接在二个母线段上。选择变压器容量应至少保证一台变压器能担负应急电源的负载量。该接线方式实际施工中较为常用。
5、二个变电所各二台变压器的接线
该方案在应急电源发电机配电侧无电源转换开关，下级分干线处有电源转换开关（1ATS、2ATS），其它内容叙述参见一个变电所二台变压器的接线。接线方式详见图5：
四、结束语
目前国家电能供给因多方面原因出现了严重紧缺，商业用电受到一定程度限制，自备应急柴油发电机将会有更广泛的用途，比如新兴的信息产业，各种信息和数据变得至关重要，如果不给这些信息和数据提供应急电源加以保护，不能实现数据的交换和各种信息的存储，这些数据一旦丢失，将带来无法弥补的损失。这对于我们建筑施工企业就提出了更高的要求和标准，只有不断地在工作实践中加以发展和创新才是我们建筑施工企业保持活力的所在。
日期：2021年6月
关键字：供电范围、选型、接线形式
随着社会的进步，人们生活水平的不断提高和建筑技术水平的飞速发展，现代建筑电气工程项目也随着人们对建筑物功能性的实际需求不断增加而发展创新，其中对自备应急柴油发电机的运用已越来越广泛，这是因为柴油发电机能够在市电中断时迅速自启动，以提供应急电源保证消防设备等重要负载的正常运行，并且柴油发电机还具有热效率高、起动迅速、结构紧凑、燃料存储方便、占地面积小、施工相对简单、维护操作便捷等特点。我所参建的3M中国漕河泾工厂三期厂房项目和上海半岛酒店服务公寓项目中都实际应用到了自备应急柴油发电机。本文将通过我在工程经历中的一些经验、心得和体会，对自备应急柴油发电机的设置、选型及配电系统的接线等一系列的问题进行浅显的论述，如有谬误还望指正。
一、柴油发电机设置原则及主要的供电范围
1、柴油发电机设置原则
（1）为保证一级负荷中特别重要的负荷用电。对于这种情况，供电电网虽然已提供二个独立电源，但应考虑当系统一路电源检修或故障时，另一路电源又发生故障的严重情况，此时应设置自备应急柴油发电机。
（2）对于一级负荷当地供电电网只能提供一路电源，或取得第二电源有困难或不经济合理时，应设置自备应急柴油发电机。此时自备应急柴油发电机不仅仅是作为应急电源使用，也是作为备用电源使用。
（3）对于大、中型商业性大厦及厂房，应考虑当市电中断供电将会造成经济效益有较大损失时，应设置自备应急柴油发电机。3M中国漕河泾工厂三期厂房项目按照此标准设置自备应急柴油发电机。
（4）按照我国旅游饭店星级标准，四星级和五星级宾馆应设置自备应急柴油发电机。上海半岛酒店服务公寓项目按照此规范设置自备应急柴油发电机。
2、柴油发电机主要的供电范围
（1）消防设施用电：消防泵、喷淋泵、正压风机、排烟风机、消防电梯、电动防火卷帘门、应急照明、疏散指示照明、火灾自动报警等。
（2）各类大、中型计算机、安保、通讯等系统设施。
（3）在条件允许时可考虑部分给、排水泵、电梯、冷藏设备、生产工艺设备等。
二、柴油发电机的选型
1、柴油发电机的容量选择
（1）应急电源一般只设一台机组，其容量按应急负荷大小和起动大的电动机容量等因素综合考虑。
（2）在方案设计阶段时，可按变压器容量的10～20%或按建筑面积15～20W/m2选择柴油发电机容量两者取其容量最大的进行计算。
（3）在施工图设计阶段时，应根据各专业提供的条件计算消防泵、喷淋泵、正压风机、排烟机、消防电梯、电动防火卷帘门、应急照明、疏散指示照明、火灾自动报警等设备用电量。对重要建筑，机组还作备用电源，此时还需计算部分给、排水泵、污水处理设备、备用照明、电梯、冷藏、生产工艺设备等用电量。计算公式：S=αP∑/ηcosφ
P∑----总负荷（KW）
η----总负荷的计算效率
α----负荷率
cosφ----发电机额定功率因素，取0.8
（4）当应急负载中有较大的电动机设备时，电动机起动时柴油机能否跟上而不致熄火，这就需要按最大的单台电动机或成组电动机启动的需要校验发电机组的容量，校验的方法是根据计算所选机组容量减去除最大容量电动机以外所带负载容量，剩下的容量应符合下式：PG≥KP
PG-----机组剩下的功率
K-----机组剩下的容量为被最大容量电动机启动的最小倍数
（应考虑发电机母线允许电压降20%及电动机启动方式）
P-----最大容量电动机的额定功率
根据上述校验公式，当应急负载中有较大的电动机设备时，为保证发电机母线电压降不大于20%，同时为控制发电机容量，因此对于大容量电动机应采用降压启动方式。
（5）柴油发电机的额定功率是指柴油机在正常工况下以额定方式连续运行十二小时的功率（包括超负荷10%运行一小时），当柴油发电机在系统中不仅仅是作为应急电源使用，也是作为备用电源使用时，如果机组连续运行时间超过十二小时，则应按90%额定功率使用，有条件者可扩大机组的容量，使柴油发电机常载功率满足备用电源容量的要求。
3、柴油发电机的性能要求：
（1）启动方式：柴油机在启动时，必须依靠外力驱动曲轴旋转，当达到一定转速时，汽缸内的空气被压缩到一定的压力和温度，使喷进汽缸的燃油开始燃烧，柴油机才开始正常地运转起来。柴油机的启动方式分为三种：手动启动，电动启动，压缩空气启动。在重要建筑中应尽量采用电动启动方式并装设快速自启动装置，正常时机组始终处于启动准备状态，当市电中断时机组应立即启动并在15s内能投入正常带负荷运行。对于非重要建筑有条件时也宜采用带自启动装置的机组，有困难时可采用手动启动。当采用电动启动方式时，柴油机启动的电源为蓄电池，电压一般为24V，容量应按柴油机连续启动不少于6次确定。蓄电池应在柴油机的就近设置，正常时处于浮充电状态以保证蓄电池有足够的能量以适应应急启动的需要。
（2）转速：柴油发电机的转速可分为高、中、低三类，高转速≥1000转/分，中转速在300～1000转/分，低转速≤300转/分。在高层建筑中应选用转速1000～1500转/分的高速机组，因为这种机组具有体积小，重量轻，运行可靠的优点。
（3）冷却方式：柴油机在运行中由于柴油的燃烧产生高温，为保证柴油机受热部件不受高温的影响，并保证各工作面的潤滑，因此就要在受热部分进行冷却，通过冷却系统从各受热部件带走热量使机组保持正常的工作温度。柴油机的冷却方式有水冷和风冷两种，水冷机组又分为封闭式自循环冷却及开式循环冷却机组。上海半岛酒店服务公寓项目作为高层建筑，因此优先考虑优先选用封闭式自循环冷却机组，因为这种机组体积小，所占面积空间较小。 （4）励磁系统：励磁系统是发电机的主要组成部分，励磁系统调节的主要任务是维持电压于一定的水平，增加输送功率和输送距离，提高系统的动态稳定性等。励磁系统有多种，高层建筑中一般选用无刷型自动励磁装置，采用这种励磁方式的发电机特点是：当与自动电压调整装置配套使用时，其静态电压调整率可保证在±2.5%以内，这种机组能适应各种运行方式，易于实现机组自动化或对发电机组的遥控。
（5）柴油发电机的继保及自动化：柴油发电机应设置自身的配电主开关，该主开关在柴油发电机起动电压、频率参数等正常后能自动合闸，而且应具有过电压、低电压、短路保护，过负荷保护，接地故障保护功能。同时柴油发电机组应能提供机组运行、故障信号，主开关分合闸、故障信号及各类运行参数：电流、电压、频率、功率、功率因数等给予BAS系统和消防系统。在工程中市电失电信号和消防中心指令信号应都能自动启动柴油发电机组，这时需确定机组所接受的信号是有源信号还是无源触点。若是有源信号，则对市电失电可以从变压器0.4KV侧获取，对消防中心指令信号需经过转换提供相同等级的电源信号。若是无源触点，市电失电可以从变压器0.4KV侧总开关辅助接点获取。
三、柴油发电机与正常电源配电系统的接线形式
对于柴油发电机与正常电源配电系统的接线形式，根据本人参与的工程实例基本有以下几种接线类型供参考讨论。
1、一路电源变压器时柴油发电机接线（发电机侧无电源自动转换开关ATS）
这种情况如图1所示：
市电一旦丢失，由0.4KV母排提供有源信号，使发电机自动启动，待电压频率正常后，发电机开关自动合上，对重要负载提供应急电源。该方案发电机侧无电源自动转换开关（ATS），在重要负载配电箱处有双电源自动转换装置，结线和操作都较为简便，市电恢复后只需合上市电电源总开关，发电机主开关分闸，机组空载延时一个时间后，机组停止，由市电供电。此方案不足之处是应急电源仅对重要负载（一级负荷）供电，对次重要负载（二级负荷）就得不到应急电源供给，发电机容量未得到充分发挥，尤其是消防设施未使用时更为突出。其次应急电源线路平时处于冷备用状态，对可靠性也有影响。
2、一路电源变压器时柴油发电机接线（发电机侧有电源自动转换开关ATS）
该接线情况如图2所示：
在发电机侧装有电源自动转换开关ATS，平时所有负载由市电供给，一旦市电丢失，由ATS市电侧中间继电器提供无源闭合接点，使发电机自动启动，待电压频率正常后合上1P开关，此时ATS发电机侧有电，ATS即进行电源切换，对重要负载和次重要负载提供应急电源。若遇火灾，发电机容量不够，可切除一些次重要负载，这样发电机容量可充分发挥。市电源恢复后，ATS转换到市电侧，由中间继电器提供无源常开接点使发电机停止（由发电机自身调节机构延时一个时间后停止）。
此方案由于使用了ATS，若发电机配有自动合闸开关，P1开关常合可实现自动化，在失电和复电过程中无需进行开关操作，而且此方案对重用负载的应急电源配电线路平时处于热备用状态，因而提高了供电的可靠性。
3、根据每座建筑和每组重要设备接线，如图3所示：
该接线方案发电机主开关同应急电源总进线开关联动，柴油发电机启动参数正常后，主开关自动合上，联动总进线开关自动合上，机组解例后相应开关自动跳闸。该接线方案在发电机侧无电源自动转换开关ATS，在每幢建筑物处或每组重要设备处均装有电源转换开关，任何一幢建筑物一旦丢失市电，由电源转换开关发出指令使柴油机自动起动。该方案接线和操作均较简单，适用于眾多建筑物群。不足之处是任何一幢建筑物失市电都能起动柴油机。若负载不大，柴油发电机处于低负载下运行，这对柴油机很不利，机组要求负载运行在30%额定负载以上，如低于30%，机组燃料在气缸内燃烧就不充分，产生炭粒损害气缸。为改善这种状况，可采用一大一小二台柴油发电机，负载小时，可使用一台小容量机组。或者在只有一台柴油发电机情况下，自动启动，机组的信号取自变压器0.4KV总电源侧，确实做到无市电时才启动发电机组，而不是一幢建筑无市电就启动发电机组。这个方案还有一个不足之处就是应急线路长期处于冷备用状态，对可靠性是不利的。
4、一个变电所二台变压器的接线
接线方式详见图4：
上海半岛酒店服务公寓项目在地下一层设置有10KV变电所，并配备有2台1250KVA的环氧树脂浇注低噪声干式变压器，通过查阅了相关的资料并结合现场情况，我们正是采用此种接线方案。该方案充分发挥了二台市电变压器的作用，二台变压器0.4KV侧采用单母线分段联络的接线方式，平时各类负载由各自变压器供电，当一路市电失电时，母线分段联络开关合闸，由一路市电同时供应二段母线，若二路市电同时失电时，发电机组获得信号自动启动，在频率和电压正常后，1P开关自动合上，使ATS开关转换，由发电机供电。该方案避免柴油发电机在低负载下运行。由于配电线路平时是带负荷运行，如有故障可及时维修，经常处于完好状态，因而提高了供电可靠性。运用这个方案时必需注意变压器0.4KV侧Ι段和Π段的负载接线，Π段母线接集中负载总开关2P，而Ι段母线接各个负载开关，或反过来也可以，切莫把使用应急电源的各个负载通过各个开关接在二个母线段上。选择变压器容量应至少保证一台变压器能担负应急电源的负载量。该接线方式实际施工中较为常用。
5、二个变电所各二台变压器的接线
该方案在应急电源发电机配电侧无电源转换开关，下级分干线处有电源转换开关（1ATS、2ATS），其它内容叙述参见一个变电所二台变压器的接线。接线方式详见图5：
四、结束语
目前国家电能供给因多方面原因出现了严重紧缺，商业用电受到一定程度限制，自备应急柴油发电机将会有更广泛的用途，比如新兴的信息产业，各种信息和数据变得至关重要，如果不给这些信息和数据提供应急电源加以保护，不能实现数据的交换和各种信息的存储，这些数据一旦丢失，将带来无法弥补的损失。这对于我们建筑施工企业就提出了更高的要求和标准，只有不断地在工作实践中加以发展和创新才是我们建筑施工企业保持活力的所在。
日期：2021年6月